粉粒体原料之分类与定义(page1-9).doc

粉 粒 體 原 料 之 分 類 與 定 義 DOC NO. : BULK-001-09 09/55 / 第一章 專業術語 : 包括定義(DEFINITION), 測試步驟及方法或範例.本章主要為先建立一相關連貫性的術語, 以便設備製造商對許多不同物性之粉粒體原料, 在做其輸送處理設計時有依循的參考, 並也可做為使用者對機械設備選擇之考量資料.粉粒體原料特性一般分為兩大類, 第一類為物理性質(Physical Characteristics), 此類可由物理試驗和數值來表示, 我們以A字首代表. 第二類為輸送性因子(Hazards Affecting Conveyability). 此類不易由試驗或以一數值表示其結果, 我們以B字首代表.1粉粒體原料物理性質(Physical Characteristics)(A-1)磨耗性(Abrasiveness)定義 :粉粒體原料在一物質表面流動, 造成摩擦之損耗情形稱之.測試 :由下述其他四種物性來決定該粉粒體原料之磨耗性.粒子硬度(Particle Hardness): 詳 (A-16) 項容積比重(Bulk Density): 詳 (A-8) 項粒子形狀(Particle Shape): 詳 (B-17) 項粒徑尺寸(Particle Size): 詳 (A-17) 及 (A-18) 項 下列對應因數(Factor)即表示粉粒體之磨耗性粒子硬度(Particle Hardness) :摩氏硬度(Mohs Hardness No.)對應因數(Factor)11243941652563674986498110100容積比重(Bulk Density) :容積比重(Pound / FT3) 對應因數(Factor)0 601.061 120 1.1121 1801.2181 2401.3241 3001.4301 4601.5461 5201.6粒子形狀(Particle Shape) :型 式 (Type)對應因數(Factor)圓形(Rounded)1.0次圓形(Subrounded)1.5次角形(Subangular)1.7角形(Angular)2.0粒徑尺寸(Particle Size) :CEMA 粒徑代號對應因數(Factor)A1.0B1.1C1.2D1.3E1.3 粒徑代號請參閱P. 32 第二章第一節.將此四個對應因數(Factor)相乘積即為硬度指數, 依下表對照可得CEMA法規磨耗性代號(CEMA Abrasive Code No.)磨耗性說明法規代號硬度指數 略為磨耗51 17 中度磨耗618 67 極度磨耗768 416說 明 :(1)下列因素亦可決定硬度指數範圍 :磨耗性說明硬度因數比重因數形狀因數粒徑因數 略微磨耗 = 4 = 1.5 = 1.5 = 1.2 中度磨耗 1.51.3 極度磨耗 161.6 1.51.3(2)所有蔬菜與肉類加工品不能用硬度計來測試, 故假設其硬度小於或等於Mohs # 1.(3)有些原料硬度值亦可由相關之手冊中得到, 但必須以摩氏硬度來表示.(4)容積比重為指工作容積比重(Working Bulk Density), 即輸送狀態之容積比重, 以 LB/FT3 或Kg/M3 或 g/cc 或 g/cm3 表示.(5)粒子形狀說明如下:圓形(Rounded):粒子形狀幾乎呈球狀, 表面無銳角或尖端點.(例如(B-17)項之形狀標準Class D).次圓形(Subrounded):粒子形狀趨近圓形, 其表面無銳角或尖端點,但可容許有圓角.(例如(B-17)項之形狀標準 Class A, B, C, E,但不可有銳角或尖端點)次角形(Subangular):粒子形狀趨近角形, 其表面無銳角或尖端點,但可容許有圓角.(例如(B-17)項之形狀標準 Class A, B, C, E,但不可有銳角或尖端點)角形(Angular):粒子有不同形狀, 角狀, 扁狀, 不規則形等, 但它們表面均有銳角或尖端點. 如粉碎之石粒. (例如(B-17)項之形狀標準 Class A, B, C)(A-2)外部摩擦角(Angle of External Friction)定義 :粉粒體原料之外部摩擦角為原料與容器(貯槽)材料間因滑動造成一剪阻力(Shearing Resistance)所描繪出之壁破壞軌跡曲線(Wall Yield Locus)與原料本身壓力強度座標(橫座標)間的夾角, 此可由直接剪力試驗(Direct Shear Tests)得到.外部摩擦角其正切函數(Tangent)即為粉粒體原料與容器材料間的摩擦係數(Coefficient of Friction), 此角有時亦接近滑動角(後述)值.因試驗時該值與材料材質和表面粗度有關, 故通常採熱軋碳鋼板(含碳量0.15至0.20)表面粗度為80-100MuRMS或2B不銹鋼板表面粗度為15-25MuRMS者.測試 :此角測試由直接剪力試驗(Direct Shear Controlled Strain Test)得出剪力與原料壓力強度關係以摩氏圓(Mohrs Circle)及壁破壞軌跡曲線標出, 由原點連一直線通過該曲線和摩氏圓之最大密壓強度(Consolidation Stress)交點, 該直線與橫座標間夾角即是. 請參照圖(一)所示.(A-3)內部摩擦角(Angle of Internal Friction)定義 :粉粒體原料之內部摩擦角為原料本身物性之一, 其為因原料本身滑動或滾動造成剪應力所描繪之原料破壞軌跡曲線(Yield Locus)與原料壓力強度(橫座標)間的夾角. 此可由直接剪力試驗(Direct Shear, Controlled Strain Tests)得到.內部摩擦角其正切函數(Tangent)即為粉粒體原料本身內部顆粒間摩擦係數(Coefficient of Internal Friction).原料破壞軌跡曲線為在某一溫度和溫度條件下給予其密壓壓力(Consolidation Pressure)所得的值, 倘壓力不同亦得不同之曲線. 除了特別說明, 瞬間破壞軌跡曲線(The Instantous Yield Locus)均為假設值, 若密壓程序為放置一段時間才測試時, 該曲線稱為時間性原料破壞軌跡曲線(Time Yield Locus).測試 :此角測試由直接剪力試驗得出原料剪力與其壓力強度關係以摩氏圓及原料破壞軌跡曲線(Yield Locus)標出. 不同密壓壓力下所測試之破壞軌跡曲線為互相平行, 故該曲線與橫座標間之夾角即是原料之內部摩擦角. 請參照圖(二)所示.(A-4)輸送帶上最大傾斜角(Angle of Maximum Inclination of A Belt)定義 :此角一般應用於皮帶式輸送機的設計上, 即皮帶輸送機在最大仰角可將粉粒體原料輸送至所須之高點處而原料不會滑落, 此時該輸送機與水平線間之夾角稱之. 通常此角依原料的物性而有所不同, 而且相同原料亦依輸送機之輸送速度呈反比.測試 :此角測試必須以實際操作來測試, 使用輸送機之規格如下:輸送帶寬: 30 (約 750 mm)輸送帶長: 20(約6000 mm 輸送機出入口中心距)托輪角度: 35輸送速度: 300 (約 91.5 M/Min)傾斜裝置: 可調方式備註 :影響此角之因素如下:(1)輸送帶最大張力 (Sag Tension).(2)傾斜輸送之原料輸送量.(3)輸送帶裝載斷面原料之最小百分比.(4)帶運機入口裙板長度.(5)帶運機中心下料之均勻度.(6)原料(塊狀)之粒度分佈.(7)輸送機於運轉中發生原料向後滑落(Roll-Back or Spillage)積聚於機尾部或排出機外之量.(A-5)膨鬆狀態粉粒原料安息角(Loose Angle of Repose)定義 :此角一般指粉粒原料由高處落下堆積呈山狀小堆(Material Pile), 該堆之投影斜面與底部水平面間夾角稱之. 不相同粉粒體原料其安息角亦隨之不同, 但相同的原料此角亦因其物性如粒徑、容積比重、含水率以及落下的高度之不同而有所差異. 實際上粒徑分佈廣之原料當其堆積時, 粗粒子大都分佈在外部和底部, 而細粒子則集中在中間. 另外原料若由較高處落下所造成之原料堆因原料本身之衝擊使堆內原料較紮實緊密, 故會造出比較陡斜度之原料堆.由上所述尚有因機械力造成粉粒原料壓縮或打鬆散而成之安息角, 如經空氣輸送機輸送後之粉體或經振動供料機輸送過之粉體, 其安息角就不相同. 另外就是粉粒體原料由貯槽利用機械排料機非出時造成排出料之安息角(Reclaimed/Withdrawal Angle of Repose), 此角因排料時原料本身受貯槽上部原料衝擊壓縮, 故通常都比較陡峭.測試 :此角測試如圖(三)所示, 粉粒體原料由一定高度落下造成一原料堆, 開始時量斗(Funnel)儘量靠近平面爾後再漸漸隨料堆高度而提高, 其相互之間儘量保持25mm的距離以防止原料受壓縮. 量斗出口為圓形, 其直徑須大於被測試原料最大徑的四至六倍, 但不可小於12.5公厘(mm).測試原料樣本量(Quantity of Sample)須足夠使測試後原料堆之高度由平面到堆頂不可少於100mm, 測試必須做五次, 求其所得之平均值即為結果.(A-6)滑動角(Angle of Slide)定義 :此角一般指粉粒原料放在一傾斜平面上, 因其本身自重克服摩擦力而向下滑動之最小角度稱之. 實際操作上該角隨下述外部條件而有所不同:(1)測試平面材質, 如鐵板或木板等材料.(2)測試平面表面狀況, 如是否乾淨或是否乾燥, 或由粗度計讀出其表面粗度值是否粗糙.(3)粉粒體原料本身之鬆實程度.(4)傾斜平面在測試時, 角度改變調整速率快慢之差異.測試 : 在一水平長方形鐵板上, 將粉粒原料堆積成小堆, 但不可有任何壓縮情況. 原料堆之邊部離鐵板外緣不可超過鐵板最長邊的五分之一, 此鐵板須為十分乾燥且表面無鏽蝕現象之熱軋碳鋼板, 其表面粗度為70至110MuRMS, 在板的一端以樞紐(Hinge)固定, 另一端可穩定平滑調整升降, 如此即能很容易量出其與水平面的夾角.測試時調整鐵板角度直至原料堆開始在板面滑動(Slide On The Plate Surface), 此時量出其傾斜角. 當判斷滑動動作時, 須特別留意原料是否為其本身原料因傾斜由堆上滑落而不是原料在板上滑動. 如果是第一次測試無經驗, 可用一重量很輕的紙盒或重量輕的其他材質品(須無上蓋和底部), 將其置放在原料堆上盒邊不可接觸到鐵板. 當傾斜鐵板時, 盒子與圍在盒內之原料均滑動時即表示原料在板面滑動.測試此角須做五次測驗, 取其平均值. 每次測試時均要將板面整理乾淨才可測試.建議 : 測試條件原料粒徑程度最小樣本量最小鐵板尺寸1) 均小於10 Mesh0.01 CU FT14 x 14 x 1/42) 90% 小於10 Mesh0.25 CU FT33 x 33 x 1/210% 最大徑為75 mm(包括一個最大者)3)90% 小於10 Mesh2.00 CU FT66 x 63 x 3/410% 最大徑為150 mm(包括一個最大者)(A-7)裝載角(Angle of Surcharge)定義 :此角為指原料在運轉中之輸送機上其原料堆所形成的角度. 一般須視輸送機之種類而有所不同. (請參閱圖).在有邊槽式之皮帶輸送機(Troughed Belt Conveyor)上, 其裝載物料斷面之上部略呈圓弧狀, 而圓弧的末端與輸送帶邊槽傾斜側相交, 該裝載角即為於其交點做一與物料圓弧的切線, 而該切線與水平之夾角稱之.在平面式之皮帶輸送機(Flat Belt Conveyor)上, 其輸送物料斷面之上部呈三角形狀, 該裝載角為由其頂點至底部端點的斜線與水平之夾角稱之.在有垂直邊板的隔板輸送機(Apron Conveyor with Vertical Pan Side)上, 其輸送物料斷面之上部略呈圓弧狀, 故其裝載角測量方式同有邊槽式之皮帶輸送機.一般決定 :唯一決定此角大小的方法就是實際在運作輸送機上測量.在有邊槽式之皮帶輸送機上測試, 其輸送機規格為750 mm 寬、10 M 長, 輸送速度為92.5 M/Min, 邊槽為35. 在平面式之皮帶輸送機上測試, 其規格同前但無邊槽.不論在有無垂直邊板的隔板輸送機上測試, 依據經驗最好以其全尺寸測試較佳, 其方法類同皮帶輸送機. 因為隔板輸送機大都在系統用於供料機(Feeder), 而裝載角在供料機的設計上並非為一重要的因子, 故一般則很少測試.(A-8)膨鬆狀態粉粒容積比重(Loose Bulk Density)定義 :粉粒體膨鬆容積比重為非壓縮狀態下單位容積之原料重量(通常以LB/FT3或KG/M3表示. 此值幾乎等於輸送狀態時之容積比重. 以下列舉幾種法規標準說明如何測量此值.測試聚集粉粒體單位重量(Unit Weight of Aggregate)標準方法, 列於美國材料協會法規ASTM # C29-60內.測試粉碎煙煤容積比重的標準方法, 列於美國材料協會法規 ASTM # D291-60內.上述兩種方法說明前者為壓縮容積比重, 後者則為膨鬆容積比重. 其他尚有穀物測試方式(單位為每蒲式耳重量